Solides organiques « réels »: structure de bande et caractéristiques électroniques

Conclusion

La prise en compte de tous les niveaux électroniques qui peuvent apparaître dans un solide organique conduit à un schéma de bande quelque peu compliqué de prime abord.

Aussi, pour le rendre plus lisible, nous proposons pour les polymères π-conjugués la simplification de la figure 3.23 (peu différente de la figure 2.16), où cependant apparaissent pratiquement tous les niveaux envisagés. Comme dans les semi-conducteurs amorphes, il apparaît des pieds de bande (aux bandes π* et π): les états peuvent y être aussi bien associés au désordre (de toute nature) qu’au couplage des porteurs avec le réseau (polarons).

Nous essaierons par la suite de préciser la mobilité que peuvent présenter les porteurs dans ces états de pieds de bande: en tout état de cause, elle y est obligatoirement faible; certains de ces états tendent ainsi à se comporter comme des sortes de pièges, ce qui est un comportement analogue à celui des états localisés des queues de bande des semiconducteurs amorphes. Le comportement des niveaux pièges sera surtout étudié dans les solides moléculaires (Alq3): comme nous venons de le décrire, l’existence de ces niveaux pièges y est également associée à une relaxation du réseau en présence d’une charge.

Même s’il n’est pas possible de considérer qu’il existe pour l’ensemble des solides organiques réels un modèle unique de schéma de bande, on conçoit maintenant sans peine que la localisation des porteurs sur des niveaux obligatoirement distribués en énergie (pour tenir compte du désordre qui entoure chaque porteur) soit une caractéristique générale de ces solides. La diversité des états localisés provient de leurs différentes origines possibles, conditionnées à la fois par la nature physicochimique des matériaux et les traitements (thermiques, par irradiation...) qu’ils ont subis.

Finalement, comme dans tout matériau, les propriétés de transport dans les solides organiques réels, seront conditionnées par:

• la position du niveau de Fermi dans le schéma de bande (c’est lui qui conditionne, entre autres, le type du mécanisme de transport qui peut être ou non thermiquement activé);

• la valeur de la densité des états en fonction de l’énergie (qui fixe le nombre de porteurs);

• la nature de ces états (dont dépendent l’expression et la valeur de la mobilité).

Dans le chapitre 4 suivant, nous allons essayer de préciser les lois qui caractérisent les différents mécanismes de transport possibles.